CN109196950B - 用于控制灯串的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种包括两线灯串的灯光组件，其中在灯串的不同位置并联设置有多个插座，每个插座被设置成将灯连接到两线，其中在灯串的一端设置有控制器，控制器被设置成在两线上提供电压信号，控制器被进一步设置成将控制信号叠加在电压信号上，其中控制器还包括电源连接件并包括位于两线灯串与电源连接件之间的滤波器，滤波器被设置用于阻止控制信号从灯串传输到电源连接件。

Description

用于控制灯串的方法和设备

【技术领域】

本发明涉及一种包括灯串的灯光组件，其中在灯串的不同位置处并联设置有多个插座，并且其中每个插座被设置成将灯连接到多条线中的至少两条线。本发明还涉及一种用于控制这种灯光组件的方法。

【背景技术】

具有灯串的灯光组件是已知的，并且主要用作节日灯光，例如圣诞节灯光，以及用作装饰灯光。因此，这种灯串也称为聚会灯串。通常在聚会灯串中设置有不同颜色的灯，和/或按预定模式开启和关闭灯以产生节日气氛。已知有不同的技术来实现这样的效果。

根据第一种技术，设置有多线灯串，其中不同的插座被连接在不同对的多线灯串之间，并且在不同对的多线灯串上施加不同的电压模式以对这些灯进行控制。结果，连接在多线灯串的第一对导线之间的灯将根据第一模式接通和断开，连接在多线灯串的第二对导线之间的那些灯可以根据与之不同的模式接通和断开。

根据另一系统，设置有多线灯串，其中第一对导线被设置为向基本上所有的灯提供电压，而另一对导线被设置为向每个灯提供控制信号。然后，每个灯必须设置有控制单元，用于解释控制信号并相应地控制灯，其中灯和控制单元由电源线提供电压。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种灯光组件，其中简单的两线灯串获得增强的功能。

为此目的，本发明提供了一种用于包括两线灯串的灯光组件中的灯，其中所述灯适于装配在所述两线灯串的插座中，并通过所述两线灯串和所述插座接收电压信号和叠加的控制信号，其中在所述灯串的不同位置并联设置有多个插座，其中每个插座被设置成将所述灯连接到两线，其中所述灯包括：控制电子部件，被设置用于在所述灯已被装配在插座中时通过所述电压信号来接收电压，并通过叠加在所述电压信号上的所述控制信号来接收指令；至少一个LED光源，所述至少一个LED光源的亮度和颜色中的至少一项可通过所述控制电子部件基于所述指令来调节；其中，当所述灯处于初始化模式时，所述控制电子部件还被设置用于通过叠加在所述电压信号上的所述控制信号来接收用于所述灯的地址，以及随后通过产生所述至少一个LED光源的亮度峰值来确认接收到所述地址，以使由产生的所述亮度峰值而导致的电流峰值可由所述两线灯串的控制器检测。

本发明还涉及一种用于控制包括两线灯串的灯光组件的方法，其中在所述灯串的不同位置并联设置有多个插座，其中所述插座中的每个插座被设置用于将灯连接到两线，并且在所述灯串的一端设置有控制器，其中所述方法包括：

-利用所述控制器在所述两线上提供电压信号；

-在所述灯光组件的所述电压信号上叠加控制信号；

-利用所述控制器中的滤波器阻止所述控制信号从所述灯串传输到所述控制器的电源连接件；

其中所述方法包括通过以下步骤初始化所述灯串：

-开始初始化周期，其中重复以下序列的步骤：

◇利用所述控制器重复发送用于灯的地址作为控制信号；

◇将灯装配在所述插座中的一个插座中，所述灯包括至少一个LED光源，所述至少一个LED光源的亮度和颜色中的至少一项可通过所述灯中的控制电子部件基于指令来调节，其中所述控制电子部件被设置用于在所述灯已被装配在插座中时通过所述电压信号接收电压、并通过所述控制信号接收所述指令；

◇所述灯接收所述地址；

◇在接收到所述地址后，所述灯的所述控制电子部件通过产生所述至少一个LED光源的亮度峰值来确认接收到所述地址；

◇利用所述控制器检测由所产生的亮度峰值导致的电流峰值，以确认所述灯接收到所述地址；

-停止所述初始化周期；

-开始工作周期，其中所述控制信号包括用于每个被初始化的灯的指令。

根据本发明的方法允许将常规的两线灯串分阶段转换为智能灯串，其中在第一阶段中设置控制器和以智能方式控制的至少一个灯，其他灯可以是常规的灯，并且该智能灯可以通过叠加控制信号的方式来设置。

初始化周期允许按极其简单和用户友好的方式、以动态方式初始化灯串，其中，在灯串中放置多少个智能灯是无关紧要的。控制器发送用于灯的地址，并继续发送地址直到检测到灯已接收到该地址的确认。当装配灯时，灯接收地址，并且响应于地址的接收，灯将产生亮度峰值。该亮度峰值导致电流峰值，该电流峰值由控制器检测并且被解释为确认灯已经接收到该地址。然后，控制器可以发送后续地址并等待，直到另一个灯以类似的方式确认该后续地址。通过重复这一系列步骤，其中控制器一次发送不同的地址，可以以简单的方式向多个灯提供地址。这些灯在此不必发送有效的确认信号，这大大简化了这些灯中的电子部件。这是因为单向通信的结果是将足以配置和实现系统的操作。由此可以创建低成本的灯光组件，其仍然是动态且灵活的，并且可易于调节。

该方法优选地还包括：在工作周期中，控制器发送连续的指令作为用于每个地址的控制信号，并且每个灯被设置为从控制信号中过滤与其接收的地址有关的指令。因此，在工作周期中，可以向每个灯提供不同的指令，使得每个灯可以按独特的方式控制。连续发送用于每个灯的指令使得每个灯能够被配置有一个简单的计数器，以便在发送其指令时进行计数。由此，可以显著减少每条指令的比特数。

该方法优选地还包括形成具有周期性进程的电压信号，其中在周期性进程内的至少一个时间段期间发送控制信号。更优选地，这些LED被设置为在与一个时间段没有重叠的另一个时间段内接通和断开，从而从电压信号获得电力。接通和断开LED，特别是当这是通过PWM而发生以对LED调光时，可能会对控制信号造成干扰。因此，有利的是，在与LED被提供电力的时间段不同的第一时间段期间传输控制信号。

该方法优选地还包括通过通信设备设置控制器。通信设备优选地是终端用户设备，诸如计算机、膝上型电脑、平板电脑、智能电话、智能手表或其它固定式或便携式终端用户电子通信设备。该方法步骤允许用户选择不同的环境或设置。

每个灯优选地具有用于存储地址的存储器，其中每个灯被配置为在接收到电压信号之后的第一预定周期内可用于接收地址。当每个灯被配置为在预定周期内可用于接收地址时，可以以简单的方式设置灯。在本文的上下文中的预定周期是预定的时间周期，并且灯仅在该预定时间周期期间可用于接收地址。当接收到电压信号时，该预定时间周期开始。换句话说，当具有多个已装配的灯的灯串“接通”时，这些已装配的灯已经接收到电压信号，因为灯串已经“接通”。因此对于这些已装配的灯，接收电压信号后的预定时间周期将已通过，由此它们将不会响应被发送的新地址。当一个附加的灯放置在插座中时，这个附加的灯将由于被放置在插座中而接收到电压信号。这个附加的灯由此进入预定周期，并因此可用于接收所发送的新地址。通过这种方式，可以将地址以动态和灵活的方式分配给灯，而无需复杂的寻址和无需双向数据通信。

可用于接收地址优选地包括读取控制信号，以便检测其中的地址以及将检测到的地址存储在存储器中。控制信号包括被重复发送的地址。当灯可用于接收地址时，可以由灯检测该地址。当灯检测到地址时，灯将在其可用于接收地址时，把检测到的地址存储在存储器中。以这种方式灯被分配得到其存储器中的地址。

在第一预定周期之后，灯优选地进入操作模式，其中控制电子部件被设置为读取控制信号以便接收与存储在存储器中的地址有关的指令。在操作模式中，灯将仅响应其自己的地址。控制电子部件更具体地读取控制信号，以便从中提取与存储在灯的存储器中的地址相对应的地址。当检测到该地址时，灯将读取并执行与该地址相关的指令。当灯串处于初始化模式并且已经放置的灯处于操作模式时，已经放置的灯通常将不响应控制信号，因为控制信号仅包括重复发送新地址。该新地址在操作模式下不会形成对已经放置的灯的触发，使得已经放置的灯将不会对其响应。

本发明还涉及一种灯光组件，包括：两线灯串，其中在所述灯串的不同位置并联设置有多个插座，其中每个插座被设置成将灯连接到两线；控制器，设置在所述灯串的一端，所述控制器被设置成在所述两线上提供电压信号，并且所述控制器被进一步设置成将控制信号叠加在所述电压信号上，其中所述控制器还包括电源连接件以及包括位于所述两线灯串与所述电源连接件之间的滤波器，所述滤波器被设置用于阻止所述控制信号从所述灯串传输到所述电源连接件；以及根据以上所述的至少一个灯，所述至少一个灯被装配在所述两线灯串的所述插座中；其中所述控制器被配置为在工作周期之前的初始化周期期间重复发送用于灯的地址作为控制信号，其中所述控制器被配置为检测由产生的亮度峰值导致的电流峰值，以确认所述灯接收到所述地址，其中所述控制器还被配置为产生用于每个被初始化的灯的指令作为在工作周期中的控制信号。

根据本发明的灯光组件被配置成使得具有插座的任何两线灯串可以形成本发明的灯光组件的基础。那些其中设置有灯串或技术上等效的布线的灯配件，例如具有(被制成用于发光目的并且可以用于例如商店和办公室中的)载流导体的导轨，也可以形成本发明的灯光组件的基础。设置控制器足以由非智能两线灯串制造根据本发明的智能两线灯串，从而显著增强常规两线灯串的功能。控制器被设置成在两线上施加电压信号，并进一步被设置成在电压信号上叠加控制信号。控制器在此还包括滤波器，使得控制信号不能传输到电源连接件。结果，控制器可以以简单的方式布置并且在不同的情况下控制两线灯串，而这不会对主电源产生不利影响。因为电压信号被施加在两根导线上，所以常规的灯可以被放置在插座中，然后这些常规的灯将基于电压信号进行操作。

由此，根据本发明的灯光组件允许给设置有控制电子部件的灯提供指令，使得这些灯的亮度和/或颜色可通过控制信号调节。未设置有控制电子部件的灯，例如常规的灯，将由电压信号提供电力并在其基础上进行操作。因此，两线灯串可以配置有由电压信号控制的多个常规灯的组合，以及通过电压信号提供能量的智能灯，但其中亮度和/或颜色通过控制信号来调节。由此获得的灯光组件在使用中是动态的，并且其中可以将不同类型的灯混杂在该灯串中，而每个灯都是以优化方式操作的。这允许灯光组件的用户通过提供控制器和至少一个智能灯将现有的两线灯串分阶段转换为智能灯串，其中灯串中的灯可以在不同阶段用智能灯来替换，以便最终用智能灯替换所有灯或预定数量的灯，智能灯的亮度和/或颜色都可通过控制信号来动态控制。

根据本发明的灯光组件还允许动态和简单地设置灯串中的灯。这些灯还可以以低成本来制造。这是重要的，因为灯串可能包括大量的灯，因此，由于灯的数量很多，灯的成本会极大地影响灯串的总成本。灯的成本在很大程度上取决于控制电子部件的复杂性。控制电子部件具有的功能越多，就需要加入越多的元件以使这些功能成为可能。根据本发明的灯光组件被配置成使得控制电子部件仅需要被设置用于单向数据通信，更具体地仅用于读取控制信号。由此，控制电子部件仅可以接收数据，然而，灯光组件被配置为通过LED的亮度峰值生成接收地址的确认，该亮度峰值导致可以由控制器检测的电流峰值。由此，控制电子部件不必配置有将数据发送到控制器的发送功能。这使得可以用简单且低成本的方式来制造灯。

电压信号优选地具有周期性进程，其中控制信号在周期性进程内的至少一个时间段期间被传输。电压信号可以与电源电压信号全部或部分相同，由控制器利用控制信号通过叠加方式，优选地在电压信号的过零点处，来提供电压信号，从而在周期性进程中的至少一个时间段期间传输控制信号。LED可以接收控制信号，然后可以在周期性进程中与发送控制信号的时间段没有重叠的另一时间段中从电压信号获取电能。特别是当通过PWM从电压信号中获取该电能时，例如以大约1000Hz的开关频率，该开关可能导致阻碍通信的干扰。LED通常可以通过PWM以高频率接通和断开，使得它们仅在一部分时间内点亮。以这种方式，可以以技术上简单的方式对LED进行调光。为了避免PWM对控制信号的干扰，LED将在除控制器发送控制信号的时间段之外的时间段中获取电能。

控制器优选地还包括通信模块，用于与终端用户设备通信以配置控制器。终端用户设备可以选自计算机、膝上型计算机、平板电脑、智能电话、智能手表或适于与其它设备通信的任何其它已知的电子终端用户设备。然后这样的终端用户设备可以被设置用于配置控制器，例如通过选择在控制器中编程的预定控制模式之一。根据另一实施例，控制器可由终端用户设备自由编程。

每个灯优选地具有用于存储地址的存储器，并且每个灯被配置为在接收电压信号后的第一预定周期内可用于接收地址。可用于接收地址优选地包括读取控制信号以便检测其中的地址、以及将检测到的地址存储在存储器中。每个灯优选地被配置用于在第一预定周期之后进入操作模式，在操作模式中控制电子器件被设置为读取控制信号以便接收与存储在存储器中的地址有关的指令。对于这些优选特征的优点和效果，参考上述与该方法有关的相应说明。该方法的优点和效果类似地代表了灯光组件的优点和效果。

电压信号优选地是处于40Hz和70Hz之间的频率的交流电压信号。该交流电压信号更优选地具有与电源电压相同的频率。这允许通过电源电压以极其简单的方式在两条导线上施加交流电压信号。

控制信号优选是被调制的载波，其频率在0.8MHZ和30MHZ之间。测试和计算表明，通过频率在0.8MHZ和30MHZ之间的调制载波，配置具有150至200个灯的两线灯串足以单独向灯串中的每个灯提供指令。进一步发现，该频率被优化用于由灯的控制电子部件中的微处理器进行处理。

本发明还涉及根据本发明的灯光组件的灯。

以下将参考附图中所示的示例性实施例进一步描述本发明。

【附图说明】

在附图中：

图1示出了电压信号和控制信号，其被优化以控制两线灯串中的灯；和

图2示出了控制器和两线灯串的组件。

在附图中，相同或相似的元件被赋予相同的附图标记。

【具体实施方式】

图1显示用于控制具有常规灯和智能灯的灯串的信号。灯串由电压信号供电，该电压信号基本上与电源电压相同。也就是说，两线灯串上的电压信号在周期的至少一部分内对应于电源电压信号。例如，灯串可以由110VAC/60Hz的信号供电。

通信信号叠加在电压信号上。该通信信号以更高的频率叠加在电压信号上。该通信信号包括控制器发送给灯的数据。

利用与US电源电压相同的电压信号，一个周期持续时间为60Hz＝1/60＝16.67ms。通信信号优选地在过零点附近叠加，这是在第一时间段期间。例如，第一时间段可以等于四分之一周期。

因此，在一个周期期间，在第一时间段的两倍期间存在信号叠加。当后者等于四分之一周期时，信号因此在半个周期内叠加。这是1/(2×60Hz)＝8.33ms。

在剩余的时间段期间，可以通过电压信号向LED提供电压。在示例中，当第一时间段等于四分之一周期时，因此对于半个周期时间也是这样。

显而易见的是，第一时间段不必等于周期的四分之一，并且同样可以应用其他划分。为了简单起见，在进一步描述中将选择示例，其中第一时间段等于周期的四分之一，这使得在一半的时间内可以传输控制信号，并且在另一半的时间内可以向LED供电。这个示例不是限制性的，而是基于本段的内容，本领域技术人员将理解，可以基于用户的意愿和情况来选择其他划分。

因此，LED在通信周期期间是断开。

最大亮度的LED

当LED设置为最大亮度时，它将在一半的周期时间内被点亮。在图1中，周期电压信号的周期P被分成四段t1、t2、t3和t4。在时段t2和t4期间发送控制信号，而在时段t1和t3期间发送电压。本领域技术人员从图中可以明显看到这一点。

LED上的电压是在50％的时间内实现的。因此，LED最多只能在50％的时间内开启。相对于连续的电压信号，即，在时间段t2和t4期间没有中断，由图1中的信号控制的LED的最大亮度将等于在相同LED电流下的大约一半的亮度。这并不是完全线性的，虽然LED亮度肯定将会有相当大的下降。

通过增加电流可以获得相同的光亮度。这将需要大致加倍，大约从20mA到40mA。这不是完全线性的，稍微更小的电流也可能仍然提供相同的亮度。

是否这样会引起问题将取决于LED电源电路。这是因为平均LED电流将保持在20mA，并且只能在峰值时更高。如果可以避免这个峰值，那么就没有问题了。

在下文中将描述了本发明的若干个示例性实施例，包括针对所需比特率的理论计算和/或用于利用通信信号控制灯的载波。

最大：200个灯，24比特，1.32M比特/秒

这里假设是根据第一示例的最大情况，因此其纯粹是理论上的！在这里，主要地确定最大值是因为不值得更快地控制LED。刷新率将为120帧/秒。这已经比人眼所能看清的要快得多。然而，当载波的频率进一步增加时，理论上可以实现更快的通信。这个例子可以说就是上限。理论上，每半个周期可以提供新数据，然后在通信后使用新数据控制LED。这里可用的有半个半周期，所以是四分之一：

1/(4×60)＝4.16666ms。

在这个例子中，在这个时间内可以控制200个灯，这些灯具有每种颜色8比特的示例性分辨率，即24比特。假设它们接收两个额外的比特用于同步，那么对每个灯将为26比特，或者对于所有灯将为5200比特。为前置放大器、错误检查、时间戳添加一些额外的比特，估计为256比特，所以总计5464比特，一些死区时间和舍入：5500比特。

因此这些必须在4.16666ms内传输，因此每个比特约0.75μs。这相当于1/0.75μs的比特率＝每秒1.32M比特。为了将这在载波上调制，这后者必须至少具有高四倍的频率(其中选择四次以能够产生清晰的1或0)，所以为4×1320000＝5280000＝5.2MHZ。

微处理器还必须能够处理所有这些。因此，在这种情况下有每秒120帧的帧速率，因为在60Hz电源电压的每半个周期提供新数据。这是超出必要水平的。因此，这是一种理论上的最大值。

最小：170个灯，18比特，240k比特/秒

如果30帧/秒的帧速率足够，则可以在四个时间块中进行传输。现在可用于发送数据的时间是4×(1/4周期)＝1个周期。因此，有1/60＝16.666ms可用于一帧。

通过限制灯的数量和分辨率，也可以减少所需的比特数。如果用每种颜色6比特控制170个灯，则因此需要6×2＝18比特。添加另外两个比特用于同步，这相当于每个灯20比特。对于170个灯，导致总共有170×20＝3400比特用于所有的灯。

假设现在每个块需要128比特用于前置放大器、错误检查、时间戳，这增加了512比特，这样就是3912，并且向上舍入总共为4000比特。16.666ms可用于此，因此每个比特长4.166μs。这相当于比特率为1/4.166μs＝240k比特/秒。为了在载波上对此进行调制，这后者必须至少具有四倍高的频率，这样就是4×2400000＝960000Hz＝0.96MHZ。

因此，电缆必须能够传输最小为1MHZ的信号。

使得可以可靠地传输频率高于1MHz的信号的更高可用带宽可以通过以下方式有效地应用：

·增加灯的数量，虽然这不是真正值得，因为DMX只能处理170个。这仅适用于通过ArtNet进行控制的情况。

·增加分辨率。这是更有价值的，因为以这种方式可以实现更多的亮度水平。这可以改善低亮度下的调光。然而，另一种解决方案也可用于此目的，见下文。

·缩短用于通信的时间。如果此时间变短，LED可以保持开启更长时间，从而发出更多光。

·重复帧以避免错误。因此，可以不在四个块中发送帧，而在两个块中发送两次。如果块未被正确传输，则保留块可以纠正此问题。当然这会使必要的通信空间减半。

当需要更高的分辨率时，可以应用以下推论。如上所述的最小值被用作为基础，这样就是每秒30帧，其中针对总共170个灯传输四个块。然而，分辨率被增加到每种颜色8比特，这样就是每个灯24比特。每8比特添加2个额外比特，即所谓的开始/停止比特。UART可以通过这种方式接收数据，并确保每10比特有一个从高到低的转换。由此，用于颜色信息的总比特数为170×3×10＝5100。

假设现在每个块需要160比特用于前置放大器、错误检查、时间戳，这会增加4×160＝640比特，这样就是5740，向上舍入为5800比特。16.666ms可用于此，这样每个比特的长度为2.87μs。这相当于比特率为1/2.87μs＝348k比特每秒。为了在载波上调制它，这后者必须至少具有四倍高的频率，这样就是4×348000＝1392000Hz＝1.392MHZ。因此，电缆必须能够传输最小为1.4MHZ的信号。

优选实施例

假设选择将通信时间减半，使得LED可以开启更长时间。也就是说，t2和t4变得比t1和t3短，使得在t1和t3期间传输的电压信号持续的时间长于周期的一半。其结果是可用于传输在时间块t2和t4期间发送的通信信号的时间更少。

在优选的示例性实施例中，每个块可以持续的时间最大为1/(8×60)＝2.0833ms，向下舍入为2ms。因此，有4×2ms＝8ms可用于一帧。仍然需要发送5800比特，这样就是每比特为8ms/5800＝1.38μs长。这对应于比特率为725000比特每秒＝725k比特/秒。为了在载波上调制它，这后者必须至少具有四倍高的频率，这样就是4×725000＝2900000Hz＝2.9MHZ。

因此，电缆必须能够传输最小为3MHZ的信号。

在优选实施例中，智能灯配置有适用于电力线通信(PLC)的微处理器。PLC微处理器被设置用于处理通信信号。对于725k比特/秒，1.38μs可用于每个比特。如果处理器工作在24MHZ，那么这相当于33.12个时钟周期。如果处理器在每个时钟周期可以执行一条指令，那么这相当于33条指令。这是一个相对较小的数目。

如果可以使用能够接收这些比特并将其保存在缓冲器中的硬件电路，则处理器将能够更容易得多地处理信号。例如，利用每步可以接收8或9比特的UART，这就将是可能的。然后为此目的设置了额外的开始和停止比特(已经为其留有余地)。优点是每10个比特都有同步，以及至少一个从高到低的转换。在比特错误的情况下，很可能接收到不正确的数据，这样就需要CRC来检测这一点。因此在这种情况下，处理器具有10比特的执行代码的时间，这样就是33个时钟周期。这段时间可以做很多事情。

可替代地，可以提供也能够读取8比特的SPI。这在实践中通常更难以同步并且需要额外的外部硬件。另一种替代方案是以更高的比特率来读取捕获类型和根据该数据计算有效比特。这又需要处理时间。

测试已表明，以30帧/秒的帧速率进行LED的无级淡变(stepless fading)是不可行的，特别是在低亮度时。在这方面显而易见的是，无级淡变被定义为其中普通人可以用肉眼辨别亮度的逐步增加或减少的淡变。这里要注意的是，LED有效传输光的频率不是每秒30次，而是每秒120次。这是因为有四个周期为LED提供电压。

因此，LED优选地设置有控制电子器件，以便总是通过内部淡变在四个周期内从一个亮度变换到另一个亮度。然后很有可能使调光进展得更好得多，特别是在低亮度时。

通过每个第四次淡变(这样就是每帧)从当前到所需值重新计算亮度，可以更优选地将亮度变化分布在八个周期上。

淡变不需要具有线性进程，并且也可以沿着确定的曲线进行，使得在低亮度下，步长也更小。这与>＝10比特的PWM的组合将提供有吸引力的光变化。这是有利的，因为它在很大程度上决定了光的质量。

图1示出了曲线图，其中水平轴是时间轴，垂直轴指示电压。该曲线图由此示出了可以由控制器产生的电压信号，该电压可以施加到两线灯串的第二根导线上。对于本领域技术人员来说显而易见的是，总是可以在两根导线之间测量电压，其中一根导线可以是中性线，而另一根导线可以包括绝对电压，从而可以在两根导线之间测量电压。或者，这些导线可以是未接地的，其中每根导线的绝对电压本身是无关的，并且其中一根导线的绝对电压与另一根导线的绝对电压之间的差值是图1中所示的所需电压。

图1的电压信号优选是周期性的。也就是说，电压在连续的时间周期内具有相同的进程。这些时间周期在图1中被指定作为时间周期P₁、P₂和P_n。

电压信号通常是正弦形的，并且优选地在频率和幅度上与电源电压的基本相同。这里优选地，在过零点处向电压信号提供控制信号。控制信号被叠加在电压信号上。电压信号在时间段t2和t4期间继续，同时由控制器添加控制信号。高频控制信号叠加在低频电压信号上通常是已知的，因此不再详细讨论。在时间段t1和t3期间，其中没有发送控制信号，LED被提供电力。LED将在这些时间周期期间开启和关闭，例如通过PWM，以便从电压信号中获取所需的电力。这里显而易见的是，LED的亮度受PWM操作期间的开/关时间的比率的影响。这是本领域技术人员已知的，因此不再详细讨论。

在一个替代实施例中，电压信号在时间段t2和t4期间通过前沿相位控制或后沿相位控制被切断，例如通过斩波器，从而在电压信号的一段期间没有值得一提的电压，也被称为电压0。优选地每个周期这样进行两次，因为在交流电压信号中每个周期存在两个过零点。由此，电压信号1的每个周期P被分成t1、t2、t3和t4四个部分。在时间段t1和t3期间，电压信号不被切断并且可以提供电力。在时间段t2和t4期间，信号被切断，在图1中用附图标记2标出，并且如上所述，由控制器发送具有高频并且具有相对于电压信号1的幅度可忽略的幅度的控制信号。这个实施例也被视为将控制信号叠加在电压信号上，即使在技术上这两个信号彼此相继产生并且不重叠。

在另一替代实施例(未示出)中，电压信号是直流电压，即DC电压。在此可以自由地确定周期，并且每个周期可以被分成偶数个段，例如分成两个段，以便获得与上述相同的效果。

将如图1所示的这种信号施加于两线灯串，其结果是常规灯将由于电压信号1而被点亮，而如上所述的智能灯一方面由电压信号1提供电压，另一方面，电压信号同时可由在时间段t2和t4期间发送的控制信号控制。因此，可以为两线灯串提供常规灯和智能灯的随机组合。

图2示出了根据本发明实施例的灯光组件3的物理元件。灯光组件3包括具有多个插座5的两线灯串4。这些插座5在两线灯串4上相对于彼此并联放置。每个插座5被设置成将灯6连接到两线灯串4的导线上。为此目的可以提供已知的典型插座，例如E14、E27、GU10和其它插座。

控制器7被进一步设置以放置在电源和两线灯串4之间。为此目的，控制器7具有电源连接件10。两线灯串可以直接连接到控制器7，或通过互补连接元件8和9间接连接，如图2所示。这里，两线灯串4的连接元件8可以形成为电源连接元件，使得两线灯串4也可以直接连接到电源，即不需要控制器7。当电源连接件8连接到连接器9时，灯串4可以通过控制器7连接到电源。

控制器7包括用于阻止控制信号的滤波器11。由此，滤波器11将控制信号从两线灯串中滤出，使得这些信号不能进入市电电源。控制器7还包括用于形成如图1所示的电压信号和控制信号的模块12。控制器7优选地还包括用于产生发光模式的模式发生器13。模式发生器13允许控制两线灯串4中的灯，特别是智能灯，以便随着时间的推移以动态方式改变它们的亮度和/或颜色。由此可以创建不同的节日气氛。优选地，滤波器11还被设置用于滤除由LED的PWM引起的高频干扰。

模式发生器13可以配置有通信模块14，用于与电子终端用户设备15通信。其示例是智能手机，它可以用于对模式进行编程或从预先安排的一系列模式中选择模式。

图3示出了控制器7的优选实施例。控制器7具有电源连接件10，其设置成接收电源电压信号。该电源电压信号优选地通过电源连接件10和灯串4之间的直接连接而形成灯串4上的电压信号。这里显而易见的是，“直接”连接不排除在电源连接件10和灯串4之间添加诸如滤波器和/或调制解调器的元件，这些元件对电压信号的影响最小。然而，本领域技术人员将理解，在很大程度上，电源电压信号直接从电源连接10件传输到灯串4。控制器7包括多个元件，它们以附图标记11、16、17、19标示，将在下面进一步详细讨论。

以附图标记11标示的元件是用于阻挡控制信号的滤波器。滤波器11位于最靠近电源连接件10的控制器7中。因此，滤波器11可以阻止在控制器7的另一侧产生的控制信号，在图3中是在控制器7的右边。这里显而易见的是，滤波器11对控制信号的阻止实际上将不会阻挡100％的控制信号。滤波器11优选地是低通滤波器，其中允许低于预定频率的若干个频率通过。可以通过低通滤波器阻止高频信号。

以附图标记16标示的元件是过零点检测器。在检测通过电源连接件10接收的电压信号的过零点的基础上，可以同步连接到电源线的多个设备。可以基于过零点的检测来控制并且优选地同步用于产生控制信号的时钟，已经在上面讨论过并且还将在下面进一步说明。

以附图标记17标示的元件是调制解调器。调制解调器是已知的并且被设置用于将信号施加到一组导线上。控制器7的调制解调器17被设置用于将由控制器电子部件18提供的控制信号叠加在电压信号上。在图3的配置中，控制器电子部件18包括内部时钟，其由过零点检测器16保持同步，并且其中控制器电子部件18将用于叠加在电压信号上的信号发送到调制解调器17。

控制器7还包括电流计19。首先，电流表必须被广泛地解释，因为电流表19可以直接和/或间接地确定通过灯串4的电流变化。根据这个广泛的解释，由于可以通过电压测量结果来确定电流的变化，电压测量结果也可以被认为是电流测量结果。这是因为灯串4具有通常基本恒定的电阻，使得电压和电流是相关的。优选地，通过电流计直接测量电流。

控制器7还包括通信模块14，因此在图3的实施例中有两个通信模块14a和14b，通信模块14a可以是以太网通信模块，而通信模块14b是WiFi通信模块。对于本领域技术人员显而易见的是，其它通信模块，例如4G或其前身或其后继者，也可以作为通信模块14来集成。控制器7还包括如上所述的模式发生器13。

利用图3的结构获得的控制器7，其可以将控制信号叠加在来自通过电源连接件10连接的电源的电压信号上，其中，基于由过零点检测器16确定的电压信号的过零点，控制器7可以进一步与其他设备、灯保持同步，这将在下面参考图4来讨论。

图4示出了根据本发明的灯6的优选实施例，其中详细说明了负责灯6功能的不同元件。灯6具有过零点检测器20。该过零点检测器20具有与控制器7的过零点检测器16相同的功能。通过过零点检测器20，用于读取控制信号的灯6的内部时钟可以与控制器7的内部时钟同步。

通过整流器22将电压进一步传送到LED 21，从而为LED提供预定电流。各个LED 21都有单独的控制件，在图4中示为晶体管，其由控制模块26控制。本领域技术人员将理解晶体管如何能够确定通过LED 21的电流如何能够通过PWM接通和断开，从而由此对其限制。由此可以对LED 21进行调光。

灯6还包括高通滤波器23，用于从电源线中过滤高频信号)。这里显而易见的是，电压信号通常是低频的，例如50Hz或60Hz，而由调制解调器17叠加到电压信号上的控制信号是高频的。通过开/关键控模块24控制该高频信号23，以便对信号进行滤波。可选地，添加另一个滤波器25，以便以清晰可读的形式获得控制信号到控制模块26。可替代地，开/关键控模块24和/或滤波器25可以由等效或类似的模块替换，例如通过解码信号数据的解调器模块。控制模块26还连接到存储器27，灯可以将地址存储在其中。

灯具有两种工作模式，即操作模式和初始化模式。在电压信号连接到灯6之后的预定时间内，初始化模式激活。例如，在电压信号连接到灯6之后的1秒钟内，灯工作在初始化模式下。在该预定时间之后，例如在这1秒钟过去之后，灯将工作在其模式操作。

在初始化模式中，灯6可用于接收地址。在初始化模式中，控制器7通常将重复发送地址。处于初始化模式的灯将接收地址并将该地址存储在存储器27中。

在操作模式中，灯6扫描控制信号以找到与存储在存储器27中的地址相同的地址。由控制模块26执行与该地址相关的控制信号中的指令。

在根据本发明的灯光组件的安装期间，灯串将基本上是空的并且由控制器提供电压。也就是说，电压被施加到灯串的导线上。控制器处于初始化模式，由此控制器重复发送地址。当灯被放置在灯串中时，该灯通过灯6与插座5的连接自动进入初始化模式，因为只有当灯装配在插座5中时，灯才接收电压。该灯接收由控制器发送的地址并将其存储在存储器27中。

由于存储在存储器27中，控制模块26被配置为使LED 21产生亮度峰值，例如(光)闪光。该闪光或亮度峰值通过灯串4产生电流峰值，该电流峰值可由控制器7的电流计19检测到。控制器7以这种方式知道所发送的地址已到达灯。在这方面应注意，控制器7接收到接收的确认，而不需要灯通过灯串4的导线发回高频数据通信信号。在这方面还要注意的是，亮度峰值也是对安装者确认地址已正确地到达灯并且已经被存储在其存储器27中。操作员此刻知道他/她看到灯闪烁，控制器7也已接收到该确认，并发送后续地址。这允许操作者将后续灯装配在插座5中。

当装配到插座中时，该后续灯进入初始化模式。先前的灯(其已经接收并存储了先前的地址)已经在更长的周期内被提供了电压，因为它较早被装配在插座5中并且正工作在操作模式下，因此将不会响应新地址的重复传输。新装配的灯将在第一预定时间周期内处于初始化模式，并因此将接收地址。

利用上述技术选择，获得了一种简单系统用于对具有多个灯的灯串进行动态配置和安装，其中可以给每个灯提供唯一的地址，而不必实现复杂的双向通信。操作员或安装人员也可以轻松检测到灯在何时已被正确安装。操作员或安装人员不需要任何编程知识来正确安装灯串并能够正确地对灯进行寻址。相对于已知系统，这是相当大的优点。

为了使系统更加智能化，这些灯可以被设置为在接收到地址时产生闪光模式。根据灯产生的模式，控制器将能够通过电流计19测量相应的电流变化模式，从而可以更加确切地实现反馈。

控制器7可以被设置为连接到其中设置有计数器的用户接口。计数器与灯串的地址有关，使得通过改变计数器，操作员可以指定具有不同地址的灯。当灯串中有随机的灯发生故障时，操作员可以利用计数器转到这个灯的地址，之后操作员可以取下这个灯。在此控制器优选地在计数器激活时被控制，以便仅开启具有与计数器的位置相关的地址的灯。这允许用户以简单的方式检查每个灯的地址。

在与故障灯相关的位置，可以利用计数器将控制器设置在初始化模式。然后操作员可以插入新灯。可以按这种方式来替换灯，以及以非常简单的方式正确地对灯进行寻址。这里应再次注意，操作员或安装者不需要任何可观的编程知识，并且操作员或程序员以非常简单的方式接收到地址已正确到达灯的确认。

基于以上描述，本领域技术人员将理解，本发明可以以不同方式并基于不同原理来实施。本发明在此不限于上述实施例。上述实施例和附图纯粹是说明性的，仅用于增加对本发明的理解。因此，本发明不限于这里描述的实施例，而是被限定在权利要求书中。

Claims (17)

1.一种用于包括两线灯串的灯光组件中的灯，其中所述灯适于装配在所述两线灯串的插座中，并通过所述两线灯串和所述插座接收电压信号和叠加的控制信号，其中在所述灯串的不同位置并联设置有多个插座，其中每个插座被设置成将所述灯连接到两线，其中所述灯包括：

控制电子部件，被设置用于在所述灯已被装配在插座中时通过所述电压信号来接收电压，并通过叠加在所述电压信号上的所述控制信号来接收指令；

至少一个LED光源，所述至少一个LED光源的亮度和颜色中的至少一项可通过所述控制电子部件基于所述指令来调节；

其中，当所述灯处于初始化模式时，所述控制电子部件还被设置用于通过叠加在所述电压信号上的所述控制信号来接收用于所述灯的地址，以及随后通过产生所述至少一个LED光源的亮度峰值来确认接收到所述地址，以使由产生的所述亮度峰值而导致的电流峰值可由所述两线灯串的控制器检测。

2.如权利要求1所述的灯，其中，所述控制电子部件被设置用于通过控制提供给所述至少一个LED光源的电流来确认接收到所述地址。

3.如权利要求1所述的灯，其中，所述控制电子部件被设置用于通过控制提供给所述至少一个LED光源的电流来以视觉方式向用户确认接收到所述地址。

4.如权利要求1所述的灯，其中所述灯具有用于存储所述地址的存储器。

5.如权利要求1所述的灯，其中所述灯被配置为在接收到所述电压信号之后的第一预定周期内可用于接收所述地址。

6.如权利要求4所述的灯，其中所述灯被配置为在接收到所述电压信号之后的第一预定周期后进入操作模式，在所述操作模式中，所述控制电子部件被设置用于读取所述控制信号，以接收与存储在所述存储器中的地址有关的指令。

7.一种灯光组件，包括：

两线灯串，其中在所述灯串的不同位置并联设置有多个插座，其中每个插座被设置成将灯连接到两线；

控制器，设置在所述灯串的一端，所述控制器被设置成在所述两线上提供电压信号，并且所述控制器被进一步设置成将控制信号叠加在所述电压信号上，其中所述控制器还包括电源连接件以及包括位于所述两线灯串与所述电源连接件之间的滤波器，所述滤波器被设置用于阻止所述控制信号从所述灯串传输到所述电源连接件；以及

至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的灯，所述至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的灯被装配在所述两线灯串的所述插座中；

其中所述控制器被配置为在工作周期之前的初始化周期期间重复发送用于灯的地址作为控制信号，

其中所述控制器被配置为检测由产生的亮度峰值导致的电流峰值，以确认所述灯接收到所述地址，

其中所述控制器还被配置为产生用于每个被初始化的灯的指令作为在工作周期中的控制信号。

8.如权利要求7所述的灯光组件，其中，所述控制器包括电流计。

9.如权利要求7所述的灯光组件，其中，所述电压信号具有周期性进程，其中在所述周期性进程内的至少一个时间段期间发送所述控制信号。

10.如权利要求7所述的灯光组件，其中，所述控制器还包括通信模块，用于与终端用户设备通信以配置所述控制器。

11.如权利要求7所述的灯光组件，其中，所述控制器被设置为连接到其中设置有计数器的用户接口，其中所述计数器与所述灯串的地址有关，使得通过改变所述计数器，操作员可以指定具有不同地址的灯。

12.一种用于控制包括两线灯串的灯光组件的方法，其中在所述灯串的不同位置并联设置有多个插座，其中所述插座中的每个插座被设置用于将灯连接到两线，并且在所述灯串的一端设置有控制器，其中所述方法包括：

利用所述控制器在所述两线上提供电压信号；

在所述灯光组件的所述电压信号上叠加控制信号；

利用所述控制器中的滤波器阻止所述控制信号从所述灯串传输到所述控制器的电源连接件；

其中所述方法包括通过以下步骤初始化所述灯串：

开始初始化周期，其中重复以下序列的步骤：

利用所述控制器重复发送用于灯的地址作为控制信号；

将灯装配在所述插座中的一个插座中，所述灯包括至少一个LED光源，所述至少一个LED光源的亮度和颜色中的至少一项可通过所述灯中的控制电子部件基于指令来调节，其中所述控制电子部件被设置用于在所述灯已被装配在插座中时通过所述电压信号接收电压、并通过所述控制信号接收所述指令；

所述灯接收所述地址；

在接收到所述地址后，所述灯的所述控制电子部件通过产生所述至少一个LED光源的亮度峰值来确认接收到所述地址；

利用所述控制器检测由产生的所述亮度峰值导致的电流峰值，以确认所述灯接收到所述地址；

停止所述初始化周期；

开始工作周期，其中所述控制信号包括用于每个被初始化的灯的指令。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述确认接收到所述地址包括控制提供给所述至少一个LED光源的电流。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述电流被控制以产生所述至少一个LED光源的亮度峰值。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述电流被控制以视觉方式向用户确认接收到所述地址。

16.如权利要求12所述的方法，其中，在所述工作周期中，所述控制器发送连续的指令作为用于每个地址的控制信号，并且其中每个灯被设置为从所述控制信号中过滤与其接收的地址有关的指令。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：将所述控制器连接到其中设置有计数器的用户接口，其中所述计数器与所述灯串的地址有关，使得通过改变所述计数器，操作员可以指定具有不同地址的灯。

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